Resumo: Processos que envolvem escoamentos de fluidos no interior de dutos estão presentes em muitas aplicações industriais. Na indústria petroquímica um desses processos que vem se tornando cada vez mais importante é o craqueamento catalítico de frações pesadas do petróleo, já que as converte em frações leves e mais nobres. Por causa da crescente demanda mundial por gasolina e GLP e à sua alta rentabilidade para uma refinaria de petróleo, unidades de craqueamento catalítico em leito fluidizado (FCC) estão presentes em todo o mundo. Testes experimentais costumam ser usados no estudo dos fenômenos envolvidos nesse processo. Porém esse tipo de análise possui alto custo, que pode ser reduzido com o uso de simulações computacionais em seu estudo inicial. Assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo tridimensional e elíptico, em linguagem Fortran, capaz de fornecer dados para a análise preliminar de escoamentos no interior de reatores de FCC. Na modelagem desses problemas são usadas equações diferenciais parciais, e essas não possuem solução analítica conhecida, sendo necessário o emprego de métodos numéricos para esse fim. Neste trabalho foi usado o Método dos Volumes Finitos, que tem a função de substituir as equações diferenciais parciais por equações algébricas aplicadas a pequenos volumes de controle finitos pertencentes ao domínio. Uma das maiores dificuldades encontradas no tratamento numérico de escoamentos incompressíveis é a determinação de um campo de pressão que satisfaça a Equação da Continuidade. Esse problema foi resolvido fazendo-se uso da abordagem acoplp.da de solução. Para análise do modelo foram obtidos perfis numéricos de velocidade e pressão para fluidos escoando em regimes laminar e turbulento, que foram validados usando-se os dados obtidos com a solução analítica das equações, por correlações (semi-) empíricas ou por dados experimentais, conforme cada um dos casos. Notou-se que o modelo representa muito bem casos laminares, e gue 11.oS casos turbulentos foi necessário um maior refino da malha próximo a parede do tubo. Também foram feitas simulações para que se pudessem observar as características tridimensionais, elípticas e transientes da modelagem do escoamento. De maneira geral o modelo se mostrou bastante rápido, convergindo em poucas iterações.
Palavras-Chave: Fluidodinâmica computacional; dutos cilíndricos; modelo tridimensional e elíptico; método dos Volumes Finitos; solução acoplada; turbulência Ver menos

Abstract: Processes involving fluid flow in tubes are present in many industrial applications. In petrochemical industry one of these processes that are becoming more and more important is the fluid catalytic cracking of heavy petroleum fractions. This fact is due to the process capacity to convert heavy fractions in light and valuable ones. Because of the increasingly worldwide demand for gasoline and LPG and its high yield for a petroleum refinery, fluid catalytic cracking (FCC) units are present in the whole world. Experimental tests are used in the study of the phenomena involved in this processo However this kind of analysis has high cost which can be reduced by using computational simulations in its initial study. Thus, the aim of this work was the development of a three-dimensional and elliptical mo dei in Fortran language in order to provide data for fluid flow preliminary analysis in FCC reactors. Partial differential equations were used in the modeling of these problems. These equations do not have known analytical solution, being necessary therefore the use of numerical methods. In this work the Finite Volume Method were applied with this purpose. This method has as a role to substitute the partial differential equations of the mo dei for algebric equations applied to small finite control volumes of the domain. One of the biggest difficulties found in the numerical treatment of incompressible fluid flows is the determination of apressure field that satisfies the Continuity Equation. This problem was solved using the coupled solution approach. For model analysis, numerical velocity and pressure proJ:iles for laminar and turbulent flows were obtained, that had been validated using the data obtained through the analytical solution of the equations, by empirical correlations or by experimental data, according to each one of the cases. The model represented well laminar cases, and in the turbulent ones the mesh had to be more refined near the tube wall. Other simulations were performed, in aQalyzing the three-dimensional, elliptical and transient model characteristics. In general, the mo dei was very fast, converging in a few interations.
Keywords: Computational fluid dyn~mic; cylindrical ducts; three-dimensional and elliptical model; Finite Volume Method; coupled solution; turbulence Ver menos